DE3490721C2 - Rotating anode for X-ray tubes - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Drehanoden für Röntgenröhren.The present invention relates to rotary anodes for X-ray tubes.

Bekannt ist eine Drehanode für Röntgenröhren, die in Form einer Scheibe mit schwarzem Überzug auf deren Oberfläche gefertigt ist, der aus auf die Scheibenoberfläche durch Plasmaspritzverfahren aufgetragenen Aluminiumoxid und Titandioxid besteht (DE-PS 24 43 354).A rotating anode for X-ray tubes is known which is in shape a disc with a black coating on its surface is made from the on the disc surface Plasma spraying applied alumina and titanium dioxide exists (DE-PS 24 43 354).

Ein Überzug aus Oxiden ist gekennzeichnet durch eine niedrigere Strahlungszahl, die etwa 0,3 erreicht, und zwar deshalb, weil die zur Herstellung des Überzuges verwendeten Oxide eine Weißfarbe besitzen. Eine Vergrößerung der Strahlungszahl der Anode mit ähnlichem Überzug ist nur durch das Vorhandensein der jeweiligen Rauhigkeit der zusammengeschmolzenen Oxidteilchen bedingt. Darüber hinaus weist ein solcher Überzug eine niedrigere Wärmeleitzahl auf.A coating of oxides is characterized by a lower one Radiation number that reaches about 0.3, because because they were used to make the cover Oxides have a white color. An increase in the radiation number the anode with a similar coating is only through the presence of the respective roughness of the melted together Conditional on oxide particles. It also points such a coating has a lower coefficient of thermal conductivity.

Zur Fertigstellung eines festen Überzugs aus Oxiden ist die Anwendung anderer Herstellungsverfahren außer dem Plasmaspritzverfahren unmöglich. Die Anwendung eines Plasmaspritzverfahrens bedarf aber einer komplizierten Ausrüstung und Ausnutzung erhöhter, die Schmelztemperatur des Überzugstoffes überschreitender Temperaturwerte, wodurch der Auftragsvorgang des Überzugs mit Strukturbeschädigungen und Abschmelzungen der Pulverteilchen und demzufolge auch mit einer Verschlechterung der Kennwerte der Ausgangsstoffe und des ganzen Überzugs selbst verbunden ist.To complete a solid coating of oxides is the Use of manufacturing processes other than plasma spraying impossible. The application of a plasma spraying process but requires complicated equipment and Utilization of increased, the melting temperature of the coating material exceeding temperature values, causing the application process the coating with structural damage and melting of the powder particles and therefore also with one Deterioration in the parameters of the raw materials and whole coating itself is connected.

Die während der Herstellung des Überzugs bei thermischen Belastungen und infolge einer erheblichen Differenz der thermischen Ausdehnungsbeiwerte der Werkstoffe der Scheibe und des Überzugs entstehenden Innenspannungen auf der Oberfläche der Drehanode bewirken die Bildung von Rissen im Überzug und somit auch das Abreißen der Überzugsteilchen beim Drehen der Anode.The during the production of the coating under thermal loads and due to a significant difference in thermal  Expansion coefficients of the materials of the disc and internal stresses on the surface the rotating anode causes cracks to form in the coating and thus also the tearing off of the coating particles when Rotating the anode.

Im Laufe des Betriebs ist ein solcher Überzug imstande, den in der Zusammensetzung der Oxide befindlichen Sauerstoff zu entwickeln, wodurch ungünstigere Verhältnisse für die Arbeit einer Hochtemperaturkatode geschaffen werden.During operation, such a coating is capable of oxygen in the composition of the oxides to develop, creating less favorable conditions for the Work of a high temperature cathode.

In diesem Zusammenhang ist die Lebensdauer der bekannten Drehanoden in Röntgenröhren durch eine verhältnismäßig niedrige Leistungsergiebigkeit und kurze Betriebsdauer bestimmt.In this context, the lifespan of the known Rotating anodes in x-ray tubes by a relative low power output and short operating time determined.

Eine Steigerung des Leistungsvermögens und Verlängerung der Betriebsdauer der Röntgenröhren wird infolge der Vergrößerung der Strahlungszahl der Drehanodenoberfläche während des Betriebes der Röntgenröhren durch eine in diesen vorhandene Drehanode mit einer Scheibe aus Molybdänlegierung, die Kohlenstoff einschließt, und Fokalstreifen aus auf der Oberfläche einen zweischichtigen schwarzfärbenden Überzug tragendem Wolfram bzw. Wolframlegierung erreicht. Die außen liegende Hauptüberzugsschicht der betreffenden bekannten Drehanode ist aus mehreren Oxiden bzw. aus einer Mischung von mehreren Metallen und mehreren Oxiden zusammengestellt, während eine zwischen Scheibe und Hauptüberzugsschicht befindliche Zwischenüberzugsschicht der Stärke 10 bis 200 µm aus Molybdän und/oder Wolfram beispielsweise nach der FR-OS 25 21 776 gefertigt wird.An increase in performance and extension of Operating time of the X-ray tubes is due to the enlargement the radiation number of the rotating anode surface during the operation of the X-ray tubes by an existing one in them Rotating anode with a disk made of molybdenum alloy, which includes carbon, and focal strips from on the Surface a two-layer black coloring coating load-bearing tungsten or tungsten alloy. The outside lying main coating layer of the known one in question Rotating anode is made of several oxides or a mixture composed of several metals and several oxides, while one between the disc and the main coating layer Intermediate coating layer with a thickness of 10 to 200 µm made of molybdenum and / or tungsten, for example according to FR-OS 25 21 776 is manufactured.

Eine Stabilisation der Überzugseigenschaften wie Festigkeit und Strahlungszahl während des Betriebes der Röntgenröhren bei Benutzung der betreffenden Drehanode kann durch Anwendung einer Zwischenschicht aus einem schwerschmelzbaren, teilweise die Differenz der physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe der Scheibe und der Hauptüberzugsschicht ausgleichenden Metall erreicht werden.A stabilization of the coating properties such as strength and radiation number during the operation of the X-ray tubes when using the relevant anode can by application an intermediate layer of a meltable,  partly the difference in the physical-mechanical properties the materials of the disc and the main coating layer balancing metal can be achieved.

Trotz der Vorteile dieser Anordnung aber ermöglicht sie keine wesentliche Verbesserung der Kennzahlen von Röntgenröhren mit einer solchen Drehanode infolge der für die Drehanoden mit einem schwarzfärbenden, die obenerwähnten Oxide enthaltenden Überzug kennzeichnenden Ursachen.Despite the advantages of this arrangement, however, it enables no significant improvement in the parameters of X-ray tubes with such a rotating anode as a result of that for the rotating anodes with a black coloring, the above mentioned oxides containing coating characteristic causes.

Darüber hinaus ist der technologische Herstellungsvorgang dieses Drehanodentyps sehr kompliziert, da er das Auftragen mehrerer Überzugsschichten vorsieht, was dessen hohe Kosten bedingt.In addition, the technological manufacturing process this type of rotating anode very complicated since it is the application provides multiple layers of coating, which is its high cost conditionally.

Zum Stand der Technik gehören ferner die DE-OS 33 03 529, DE-OS 26 21 067 und DE-OS 26 10 993. Dort werden verschiedene Röntgenröhrendrehanoden beschrieben, beispielsweise in der erstgenannten DE-OS bestehend aus einem Grundkörper aus einer Kohlenstoff enthaltenden Molybdänlegierung, z. B. TZM, sowie aus einer Brennbahn aus Wolfram bzw. einer Wolfram-Legierung, wobei die Oberfläche der Drehanode außerhalb der Brennbahn mindestens teilweise mit einem Überzug aus einem oder mehreren Oxiden oder aus einem Gemisch aus einem oder mehreren Metallen mit einem oder mehreren Oxiden versehen ist, wobei zwischen Grundkörper und Überzug eine 10 bis 200 µm dicke Zwischenschicht aus Molybdän und/oder Wolfram angeordnet ist. Dabei kann nach der DE-OS 26 10 993 die Drehanode auch als Scheibe ausgebildet sein. Es ist dort beschrieben, daß zumindestens Teilbereiche der Anodenoberfläche außerhalb des Brennfleckes bzw. der Brennbahn eine dünne Überzugsschicht aus einem Verbundwerkstoff, bestehend aus Molybdän und/oder Wolfram und/oder Niob und/oder Tantal in Verbindung mit 20 bis 60 Vol.-% oxidkeramischen Werkstoffen wie TiO₂ und/oder Al₂O₃ und/oder ZrO₂ aufweisen. The prior art also includes DE-OS 33 03 529, DE-OS 26 21 067 and DE-OS 26 10 993. There are various X-ray tube anodes described, for example in the first-mentioned DE-OS consisting of a basic body made of a carbon-containing molybdenum alloy, e.g. B. TZM, as well as a burning track made of tungsten or a tungsten alloy, with the surface of the rotating anode outside the focal track at least partially with a coating one or more oxides or from a mixture of one or one or more metals with one or more oxides is, with a 10th between base body and coating up to 200 µm thick intermediate layer made of molybdenum and / or Tungsten is arranged. According to DE-OS 26 10 993 the rotating anode can also be designed as a disc. It is there described that at least partial areas of the anode surface outside the focal spot or the focal path thin coating layer consisting of a composite material made of molybdenum and / or tungsten and / or niobium and / or tantalum in combination with 20 to 60 vol .-% oxide ceramic materials such as TiO₂ and / or Al₂O₃ and / or ZrO₂.  

Aus den zuletzt zitierten Literaturstellen ist es bekannt, TiO₂ zu verwenden.It is known from the most recently cited literature references To use TiO₂.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Drehanode für Röntgenröhren mit einem Überzug zu entwickeln, dessen Zusammensetzung und Gefüge eine hohe mechanische Festigkeit und hohe Strahlungszahl ergeben, sowie eine Röntgenröhre mit dieser Drehanode anzugeben, die beim Betrieb höhere Leistungsergiebigkeit und längere Betriebsdauer gewährleistet.In contrast, the present invention has the object based, a rotating anode for X-ray tubes with a coating to develop, whose composition and structure a result in high mechanical strength and high radiation number, and to provide an x-ray tube with this rotating anode, which higher performance and longer service life during operation guaranteed.

Diese Aufgabe wird wie aus den vorstehenden Ansprüchen ersichtlich gelöst.This task is as from the preceding claims obviously solved.

Bei einer aus einem schwerschmelzbaren Metall hergestellten Drehanodenscheibe ist das schwerschmelzbare Metall der Anodenscheibe vorteilhaft für den Überzug zu wählen.In one made from a fusible metal Rotating anode disk is the meltable metal of the anode disk advantageous to choose for the coating.

Bekanntlich hängt die Größe der Strahlungszahl der Oberfläche der Drehanode einer Röntgenröhre von der Farbe und Rauhigkeit der Oberfläche sowie von der Porosität der Oberflächenschicht ab.As is known, the size of the radiation number of the surface depends the rotating anode of an x-ray tube of color and Roughness of the surface and the porosity of the surface layer from.

Durch Anwendung des auf die Oberfläche der Drehanode aufgetragenen nur aus der erfindungsgemäßen Metallkomponente bestehenden Überzugs wird eine dunklere Oberflächenfarbe erreicht als dies bei einer mit Oxiden wie Al₂O₃ und TiO₂ überzogenen Oberfläche der Fall ist.By applying the applied to the surface of the rotating anode only from the metal component according to the invention existing coating becomes a darker surface color achieved than with oxides such as Al₂O₃ and TiO₂ coated surface is the case.

Die aus einer zusammengesinterten Metallzusammensetzung gefertigte Oberfläche weist im Vergleich zu der Oberfläche aus abgeschmolzenen Oxiden eine wesentlich größere Strahlungszahl auf. Während der Zusammensinterung unter 1200°C nicht übersteigenden Temperaturen werden das Gefüge und die physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Komponenten nicht beeinträchtigt. The one from a sintered metal composition finished surface shows compared to the surface a significantly higher radiation number from melted oxides on. During the sintering together below 1200 ° C The structure and the temperature will not exceed physical-mechanical properties of the components not affected.  

Darüber hinaus wird eine Steigerung der Strahlungszahl erfindungsgemäß an der Oberfläche der Drehanode durch eine erhöhte Rauhigkeit und Porosität der Oberflächenschicht erreicht, die die Dendritenstruktur der Titankörner bestimmt, deren kennzeichnende Besonderheit in einer unrichtigen Gestaltung mit erweiterter Oberfläche und einer großen Zahl von in Kontakt tretenden Punkten besteht, an welchem die Titankörner während des Sinterungsvorgangs miteinander und mit dem schwerschmelzbaren Metall und dem Werkstoff der Anodenscheibe verkettet werden.In addition, an increase in the number of radiation is according to the invention on the surface of the rotating anode by a achieved increased roughness and porosity of the surface layer, which determines the dendrite structure of the titanium grains, their characteristic peculiarity in an incorrect design with an extended surface and a large number of contacting points at which the Titanium grains with each other and during the sintering process with the meltable metal and the material of the Anode disk are chained.

Zwecks Verlängerung der Betriebsdauer und Steigerung der Leistungsergiebigkeit der Röntgenröhre ist die Anwendung derart ausgeführter Drehanoden zweckmäßig.In order to extend the operating time and increase the Efficiency of the X-ray tube is the application expedient anodes designed in this way.

Durch Einsatz einer erfindungsgemäß ausgeführten Drehanode in einer Röntgenröhre werden eine Verlängerung der Betriebsdauer und Steigerung der Leistungsergiebigkeit der Röntgenröhre um das 1,3- bis 1,6fache durch Herabsetzung der Betriebstemperatur der Drehanode während des Betriebes der Röntgenröhre erreicht, was durch Vergrößerung der Strahlungszahl des Überzugs ermöglicht wird. Andererseits gestattet es die Herabsetzung der Temperatur der Drehanode bei einer vorgegebenen Nennleistung der Röntgenröhre die Stärke und demzufolge auch die Masse der Drehanode selbst zu verkleinern, was mit einer Verkleinerung der Belastung der Lager mit gleichzeitiger Verlängerung deren Betriebsdauer und demzufolge auch der Betriebsdauer der Röntgenröhre im ganzen einhergeht.By using a rotating anode designed according to the invention in an x-ray tube will extend the operating time and increase the X-ray tube performance by 1.3 to 1.6 times by lowering the operating temperature the rotating anode during operation of the X-ray tube achieved what by increasing the radiation number of the coating is made possible. On the other hand, allowed it is the lowering of the temperature of the rotating anode at a given nominal power of the X-ray tube Strength and therefore the mass of the rotating anode itself to shrink what a reduction in the burden of Bearings with simultaneous extension of their service life and consequently also the operating time of the X-ray tube in the all goes hand in hand.

Die Betriebsdauer einer Röntgenröhre mit einer erfindungsgemäß ausgeführten Drehanode wird auch durch eine hohe Festigkeit des schwarzfärbenden Überzugs verlängert, der imstande ist, ohne Zerstörung die erhöhten mechanischen (Drehung mit der Drehgeschwindigkeit von 9000 U/min und darüber) und thermischen (1000°C) Belastungen zu ertragen. The operating time of an X-ray tube with one according to the invention executed rotating anode is also characterized by high strength of the black coloring cover that is capable of is, without destroying the increased mechanical (Rotation at the rotation speed of 9000 rpm and above) and thermal (1000 ° C) loads.  

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen technischen Lösung bestehen in:Further advantages of the technical solution according to the invention consist in:

• - einer Fähigkeit des Überzugs, die Vakuumverhältnisse innerhalb der Röntgenröhre zu verbessern, was ebenfalls die Verlängerung deren Betriebsdauer begünstigt;- an ability of the coating to keep the vacuum conditions within to improve the x-ray tube, which is also the Extension of their operating life favors;
• - einer Steigerung der Wirksamkeit bei der Ausnutzung der Röntgenausrüstungen durch Verkürzung der Abkühlungszeit der Drehanode und Unterbrechungen während des Betriebs der Ausrüstung;- an increase in effectiveness in the exploitation of X-ray equipment by shortening the cooling time the rotating anode and interruptions during operation equipment;
• - einer Herabsetzung der Kosten der Drehanode und demzufolge auch der Röntgenröhre als Ganzes durch Herabsetzung des Materialaufwandes der Drehanode, die aus kostspieligen Stoffen hergestellt wird.- a reduction in the cost of the rotating anode and consequently also the X-ray tube as a whole by reducing it the cost of materials of the rotating anode, which is expensive Fabrics is made.

Die Zeichnungen betreffen:The drawings concern:

Fig. 1 die Drehanode einer Röntgenröhre im Querschnitt; Figure 1 shows the rotating anode of an X-ray tube in cross section.

Fig. 2 eine Röntgenröhre mit Drehanode, teilweise ausgeschnitten. Fig. 2 shows an X-ray tube with a rotating anode, partially cut out.

Die in Fig. 1 dargestellte Drehanode für eine Röntgenröhre besitzt eine Scheibe 1, auf deren Oberfläche ein schwarzfärbender Überzug 2 aufgetragen ist. Dieser Überzug 2 kann auf einen Teil der Oberfläche der Anodenscheibe 1, wie dies die Fig. 1 wiedergibt oder auf deren ganzer Oberfläche unter Ausnahme des Fokalstreifens aufgetragen werden.The rotary anode shown in FIG. 1 for an X-ray tube has a disc 1 , on the surface of which a black-coloring coating 2 is applied. This coating 2 can be applied to part of the surface of the anode disk 1 , as shown in FIG. 1, or to the entire surface thereof with the exception of the focal strip.

Der Überzug 2 stellt eine poröse Sinterzusammensetzung aus Titankörnern, im wesentlichen vom Dendritengefüge mit einer Größe von 0,5 bis 150 µm und zumindest einem schwerschmelzbaren Metall mit einer Schmelztemperatur von über 2500°C dar, wobei die Menge des schwerschmelzbaren Metalls in der Sinterzusammensetzung 5,0 bis 60,0 Gew.-% erreicht. The coating 2 represents a porous sintered composition of titanium grains, essentially of the dendrite structure with a size of 0.5 to 150 μm and at least one meltable metal with a melting temperature of over 2500 ° C., the amount of the meltable metal in the sintered composition 5, 0 to 60.0% by weight reached.

Diese Sinterverbindung ist gekennzeichnet durch erhöhte Festigkeit unter gleichzeitiger Beibehaltung der Gestalt und Kenngrößen der Ausgangskomponenten. Eine erhöhte Porösität und Festigkeit des Überzugs 2 wird auch durch Anwendung einer Mischung von Titankörnern unterschiedlicher Größe in der Sinterzusammensetzung gesichert, die Körner von 0,5 bis 150 µm enthält.This sintered connection is characterized by increased strength while maintaining the shape and characteristics of the starting components. An increased porosity and strength of the coating 2 is also ensured by using a mixture of titanium grains of different sizes in the sintered composition, which contains grains of 0.5 to 150 μm.

Wenn die Größe der Titankörner unter 0,5 µm liegt, verkleinert sich auch die Porösität des Überzugs 2, da in diesem Falle die Form der Körner sich einer sphärischen annähert, deren kennzeichnendes Merkmal ein dichtes Zusammenliegen ist.If the size of the titanium grains is less than 0.5 μm, the porosity of the coating 2 also decreases, since in this case the shape of the grains approximates a spherical one, the characteristic feature of which is that they lie closely together.

Andererseits kann eine Ablösung der Titanteilchen des Überzugs 2 bei Drehung der Drehanode mit einer hohen Umdrehungszahl pro Minute (9000 U/min und darüber) auftreten, wenn die Größe der Titankörner 150 µm übersteigt.On the other hand, peeling of the titanium particles of the coating 2 may occur when the rotating anode is rotated at a high number of revolutions per minute (9000 rpm and above) when the size of the titanium grains exceeds 150 μm.

Die vor allem durch Übereinstimmung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe der Scheibe 1 und des Überzugs 2, insbesondere durch die Übereinstimmung von deren thermischen Ausdehnungszahlen bestimmte Festigkeit des Überzugs 2 übt ihrerseits einen größeren Einfluß auf die Kennwerte der Drehanode und Röntgenröhre selbst aus. Eine solche Übereinstimmung wird durch Anwendung eines nur aus Metallen bestehenden Überzugs 2 und durch Einschließung eines schwerschmelzbaren Metalls in die Überzugszusammensetzung erreicht.The strength of the coating 2 , determined in particular by the agreement of the physical-mechanical properties of the materials of the pane 1 and the coating 2 , in particular by the agreement of their thermal expansion numbers, exerts a greater influence on the characteristic values of the rotating anode and the X-ray tube itself. Such correspondence is achieved by using a coating 2 consisting only of metals and by including a fusible metal in the coating composition.

Die Anwendung eines schwerschmelzbaren Metalls mit einer Schmelztemperatur von über 2500°C im Überzug sichert eine gute Verkettung des Werkstoffes des Überzugs 2 mit der Anodenscheibe, da überlicherweise ein schwerschmelzbares Metall mit einer Schmelztemperatur von über 2500°C als Werkstoff für die Drehanode verwendet wird. Diesbezüglich wird in der Sinterzusammensetzung des schwarzfärbenden Überzugs 2 als schwerschmelzbares Metall das Metall eingesetzt, aus dem die Anodenscheibe 1 selbst hergestellt wird. Wenn zum Beispiel die Drehanodenscheibe 1 aus W hergestellt ist, so wird ebenfalls W als schwerschmelzbares Metall für den Überzug 2 genommen. Wird aber die Drehanodenscheibe 1 als Verbundscheibe bzw. aus Legierungen von schwerschmelzbaren Metallen fertiggestellt, so ist die Anwendung einer Mischung der schwerschmelzbaren Metalle in der Sinterzusammensetzung des schwarzfärbenden Überzugs 2 in Verbindung mit Titan zweckmäßig. Diese Metallmischung soll die physikalisch-mechanischen Eigenschaften des Überzugs 2 mit denen des Werkstoffs in Übereinstimmung bringen, aus welchem die Anodenscheibe 1 hergestellt ist. Wenn zum Beispiel die Drehanodenscheibe 1 aus Mo und W hergestellt wird, so soll auch der schwarzfärbende Überzug 2 als schwerschmelzbare Komponenten Mo und W enthalten.The use of a fusible metal with a melting temperature of over 2500 ° C in the coating ensures a good interlinking of the material of the coating 2 with the anode disk, since a fusible metal with a melting temperature of over 2500 ° C is usually used as the material for the rotating anode. In this regard, the metal from which the anode disk 1 is produced itself is used as the fusible metal in the sintered composition of the black-coloring coating 2 . For example, if the rotating anode disk 1 is made of W, then W is also taken as the fusible metal for the coating 2 . If, however, the rotating anode disk 1 is manufactured as a composite disk or from alloys of meltable metals, it is expedient to use a mixture of the meltable metals in the sintered composition of the black-coloring coating 2 in conjunction with titanium. This metal mixture is intended to bring the physical-mechanical properties of the coating 2 into agreement with those of the material from which the anode disk 1 is made. If, for example, the rotating anode disk 1 is produced from Mo and W, the black-coloring coating 2 should also contain Mo and W as meltable components.

Darüber hinaus ermöglicht es die Einführung einer schwerschmelzbaren Komponente, die Bearbeitung der Drehanode bei einer Temperatur unter 1200°C durchzuführen, wodurch Verhältnisse geschaffen werden, einen festen Überzug herzustellen, der der Drehgeschwindigkeit der Drehanode von 9000 U/min und darüber standhalten kann.It also enables the introduction of a meltable Component, the machining of the rotating anode a temperature below 1200 ° C, causing conditions created to create a solid coating, that of the rotating speed of the rotating anode of 9000 RPM and above can withstand.

Durch Vorhandensein eines schwerschmelzbaren Metalls als Bestandteil der Sinterzusammensetzung wird das Abschmelzen der Titankörner verhindert, wodurch die Fertigestellung eines hochporigen Gefüges der Drehanodenoberfläche gesichert ist. In dieser Hinsicht kann die Anwendung einer weniger als 5 Gew.-% schwerschmelzbares Metall enthaltenden Sinterzusammensetzung das Abschmelzen der Titankörner während des Betriebes der Röntgenröhre und Verlorengehen der Porösität und als Folge davon auch der schwarzfärbenden Eigenschaften der Oberflächenschicht der Drehanode nicht verhindern. Bei einer 60 Gew.-% des schwerschmelzbaren Metalls übersteigenden Menge vermindert sich die hauptsächlich durch die Drendritenstruktur der Titankörner bestimmte Porösität des Überzugs.By the presence of a fusible metal as Melting becomes part of the sinter composition prevents the titanium grains, causing the completion of a high-pored structure of the rotating anode surface is secured. In this regard, the application of a less than Sinter composition containing 5% by weight of meltable metal the melting of the titanium grains during the Operation of the x-ray tube and loss of porosity and as a result, the black coloring properties  do not prevent the surface layer of the rotating anode. At one exceeding 60% by weight of the meltable metal The amount decreases mainly due to the drendrite structure the titanium grain determined porosity of the coating.

Fig. 2 zeigt eine aus einer mittels Achse 4 in Lagern 5 gelagerten Anodenscheibe 1 mit einem schwarzfärbenden Überzug 2 bestehenden Drehanode in einer Anodengruppe 3 und eine Katodengruppe 6 mit einem Katodenkopf 7 in einer Röntgenröhre. Alle aufgezählten Bauteile sind in einem luftdicht geschlossenen Kolben 8 untergebracht. Fig. 2 shows a group consisting of a shaft mounted in bearings 5 by means of axle 4 anode disc 1 with a black coloring coating 2 rotating anode in an anode 3 and a group Katodengruppe 6 with a Katodenkopf 7 in an X-ray tube. All components listed are housed in an airtight piston 8 .

Beim Betrieb der Röntgenröhre dreht sich die Anodengruppe 3 mit einer Drehgeschwindigkeit von 3000 bis 9000 U/min und beim Anlegen der Heizspannung an der Katode, die im Katodenkopf 7 befindlich ist, werden Elektronen ausgelöst, deren Bewegung durch das zwischen der Anodengruppe 3 und dem Katodenkopf 7 vorhandene Elektrofeld beschleunigt wird.When operating the X-ray tube, the anode group 3 rotates at a rotational speed of 3000 to 9000 rpm and when the heating voltage is applied to the cathode, which is located in the cathode head 7 , electrons are released, the movement of which is caused by that between the anode group 3 and the cathode head 7 existing electric field is accelerated.

Die Elektronen erzeugen bei ihrer Abbremsung an der Drehanodenscheibe 1 eine Röntgenstrahlung. Steht eine ausreichende Elektronenenergie zur Verfügung, so wird auch eine charakteristische Röntgenstrahlung erregt, die der Werkstoff der Drehanode bestimmt. Die Drehanodenscheibe 1 erwärmt sich dabei bis auf eine Temperatur von etwa 1000°C.When decelerating, the electrons generate an X-ray radiation on the rotating anode disk 1 . If sufficient electron energy is available, a characteristic X-ray radiation is also excited, which determines the material of the rotating anode. The rotating anode disk 1 heats up to a temperature of approximately 1000 ° C.

Bei einem auf der Drehanodenscheibe 1 aufgetragenen Überzug 2 verringert sich die Anodentemperatur bei denselben Arbeitszuständen der Röntgenröhre auf 750 bis 800°C infolge eines durch die Oberflächenrauhigkeit und das poröse Gefüge des Überzugs sowie durch die Dunkelfarbe der diesen bildenden Metalle bedingten Zuwachses der Strahlungszahl auf der Überzugsoberfläche, wodurch eine Steigerung der Leistungsergiebigkeit der Röntgenröhre ermöglicht wird.In the case of a coating 2 applied to the rotating anode disk 1 , the anode temperature in the same working conditions of the X-ray tube is reduced to 750 to 800 ° C. as a result of an increase in the radiation number on the coating surface caused by the surface roughness and the porous structure of the coating and by the dark color of the metals forming these , which enables an increase in the performance of the X-ray tube.

Beim Betrieb der Röntgenröhre ist die Drehanode großen wärme-physikalischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt.When operating the X-ray tube, the rotating anode is large thermophysical and exposed to mechanical loads.

Die Lebensdauer der Drehanode und die Laufzeit deren Lager bestimmen hauptsächlich die Betriebsdauer der Röntgenröhren, da die Betriebsdauer dieser Bauteile wesentlich kürzer ist als die der anderen Baugruppen. Eine Verlängerung der Lebensdauer der Drehanode selbst und Steigerung der Leistungsergiebigkeit der Röntgenröhre mit dieser Drehanode werden auf dem Wege einer Verbesserung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Anodenoberfläche erreicht. Andererseits kann die Laufzeit der Lager der Drehanode bei einer vorgegebenen Leistungsergiebigkeit durch Verkleinerung der Masse der Drehanode selbst verlängert werden.The lifespan of the rotating anode and the running time of its bearings mainly determine the operating time of the X-ray tubes, because the operating time of these components is much shorter than that of the other assemblies. An extension of the Lifetime of the rotating anode itself and increase in productivity the x-ray tube with this rotating anode are in the process of improving physical-mechanical Properties of the anode surface achieved. On the other hand, the running time of the bearings of the rotating anode can a given performance through downsizing the mass of the rotating anode itself can be extended.

Entsprechend Fig. 1 ist eine Drehanodenscheibe 1 für eine Röntgenröhre mit dem Durchmesser 100 mm und der Stärke 3,5 mm aus Wolfram hergestellt worden. Auf die Oberfläche der Anodenscheibe 1 ist ein 70 Gew.-% Gemisch von Titankörnern, vorzugsweise Körnern mit einer Größe von 5 bis 150 µm und Dendritengefüge und 30 Gew.-% Wolfram enthaltender Überzug 2 aufgetragen worden.According to Fig. 1 is mm, a rotary anode disk 1 for an X-ray tube with the diameter 100 and thickness 3.5 mm made of tungsten. A 70% by weight mixture of titanium grains, preferably grains with a size of 5 to 150 μm and dendrite structure and coating 2 containing 30% by weight of tungsten, has been applied to the surface of the anode disk 1 .

Vor dem Auftragen des Überzugs 2 wurde das Gemisch aus den Ausgangskomponenten sorgfältig mechanisch gerührt und auf die Oberfläche der Scheibe 1 nach bekanntem Verfahren aufgetragen. Hiernach wurde die Anodenscheibe 1 mit dem aufgetragenen Überzug 2 in einen Vakuumofen gebracht, der bis auf einen Druck von höchstens 1,3 · 10^-3 Pa evakuiert wurde, wonach die Ofentemperatur allmählich gesteigert wurde. Before the coating 2 was applied, the mixture of the starting components was carefully stirred mechanically and applied to the surface of the disk 1 by a known method. Thereafter, the anode disk 1 with the applied coating 2 was placed in a vacuum oven which was evacuated to a pressure of at most 1.3 · 10 ^-3 Pa, after which the oven temperature was gradually increased.

Während der Anwärmung wurde der Druck im Vakuumofen, dessen Größe während der Zunahme der Temperatur unter 1,3 · 10^-3 Pa gehalten wurde, ununterbrochen kontrolliert. Nachdem im Ofen die Temperatur 800°C erreicht hat, wurde der Vakuumofen bis auf den Druck nicht über 1,3 · 10^-3 Pa evakuiert. Im Laufe eines weiteren Ansteigens der Temperatur bis auf 1000°C, bei welcher während 15 Minuten die Zusammensinterung des Überzugs durchgeführt worden ist, lag der Druck im Vakuumofen nicht über 1,3 · 10^-3 Pa. Nach der durchgeführten Abkühlung und Herausnahme aus dem Ofen kennzeichnete sich die Drehanode durch ihre flache Rauhigkeitsoberfläche dunkelgrauer Farbe.During the heating, the pressure in the vacuum furnace, the size of which was kept below 1.3 · 10 ^-3 Pa as the temperature increased, was continuously monitored. After the temperature in the furnace had reached 800 ° C, the vacuum furnace was not evacuated to a pressure below 1.3 · 10 ^-3 Pa. In the course of a further rise in temperature up to 1000 ° C., at which the coating was sintered together for 15 minutes, the pressure in the vacuum furnace was not above 1.3 · 10 ^-3 Pa. After cooling down and removal from the oven, the rotating anode was characterized by its flat roughness surface of dark gray color.

Die Porösität des erhaltenen Überzugs wurde durch Gewichtsverfahren ermittelt und erreichte 68%.The porosity of the coating obtained was determined by weight method determined and reached 68%.

Die Ermittlung der Strahlungszahl des erhaltenen Überzugs ist nach dem Stefan-Boltzmann'schen Gesetz vorgenommen worden, und die Strahlungszahl erreichte 0,7.The determination of the radiation number of the coating obtained was made according to Stefan-Boltzmann's law, and the radiation number reached 0.7.

Andere Ausführungsformen der Erfindung sowie die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen sind in der nachstehenden Tabelle der vergleichsmäßigen Kennwerte wie Porösität und Strahlungszahl der schwarzfärbenden Überzugsschichten unterschiedlicher Zusammensetzung auf den Anodenscheiben aus W, Mo, RTM (Rhenium, Wolfram, Molybdän) zusammengestellt.Other embodiments of the invention as well as the results of the investigations carried out are as follows Table of comparative parameters such as porosity and Radiation number of the black-coloring coating layers different Composition on the anode disks W, Mo, RTM (rhenium, tungsten, molybdenum) compiled.

Tabelle table

Vergleichskennwerte (Porösität und Strahlungszahl) der schwarzfärbenden Überzugsschichten unterschiedlicher Zusammensetzung auf den Drehanodenscheiben Comparative parameters (porosity and radiation number) of the black-colored coating layers of different composition on the rotating anode disks

Je nach den konkreten Anforderungen, die an die Röntgenröhren gestellt werden, kann die Drehanodenscheibe 1 den Überzug 2 auf jedem Teil ihrer Oberfläche oder auf der ganzen Scheibenoberfläche unter Ausnahme des Fokalstreifens tragen.Depending on the specific requirements that are placed on the X-ray tubes, the rotating anode disc 1 can carry the coating 2 on each part of its surface or over the whole wafer surface with the exception of the Fokalstreifens.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Drehanode ermöglicht eine Herabsetzung der Temperatur während des Betriebes der Röntgenröhre um 200 bis 300°C im Vergleich zu einer Drehanode ohne Überzug und um 100 bis 150°C im Vergleich zu einer Anode mit einem Überzug aus Oxidverbindungen wie Al₂O₃ bzw. TiO₂.The production of the rotating anode according to the invention enables a decrease in temperature during operation of the X-ray tube around 200 to 300 ° C compared to a rotating anode without coating and around 100 to 150 ° C compared to an anode with a coating of oxide compounds such as Al₂O₃ or TiO₂.

Vergleichsuntersuchungen an mit Oxiden beschichteten Anoden und erfindungsgemäß beschichteter Drehanoden in Röntgenröhren haben unter verschiedensten Durchstrahlungsverhältnissen gezeigt, daß die Nennleistung der Röntgenröhren mit erfindungsgemäß hergestellten Drehanoden um das 1,3- bis 1,6fache höher liegt.Comparative investigations on anodes coated with oxides and rotating anodes coated according to the invention in X-ray tubes have different radiation conditions shown that the nominal power of the X-ray tubes with the invention produced anodes by 1.3 to 1.6 times is higher.

Bei Untersuchungen von Röntgenröhren im Durchstrahlungszustand für Zielaufnahmen wurde die Temperatur der erfindungsgemäß ausgeführten Anode vor Beginn der Aufnahmeserie durch Vergrößerung der Leistungsergiebigkeit an die Temperatur der den Überzug aus Oxiden tragenden Anode zuerst angeglichen und alsdann die Aufnahmeserie durchgeführt. Nach der dritten Aufnahme stabilisierte sich die Temperatur der erfindungsgemäß ausgeführten Anode und überstieg nicht den vor Beginn der Aufnahmeserie eingestellten Temperaturwert, während die Temperatur der den Überzug aus Oxiden tragenden Anode zunahm, wodurch die Röntgenröhren zwecks Abkühlung periodisch abgeschaltet werden mußten.When examining X-ray tubes in the radiographic state for target exposures, the temperature of the invention performed anode before the start of the recording series  Increasing the power output to the temperature first matched the anode bearing the oxide coating and then the recording series was carried out. After third recording, the temperature of the invention stabilized executed anode and did not exceed that before Start of the recording series set temperature value while the temperature of the ones carrying the oxide coating Anode increased, causing the x-ray tubes to cool periodically had to be switched off.

Durch Anwendung der erfindungsgemäß ausgeführten Drehanoden wird die Ausnutzung der Röntgenröhren mit der drehenden RTM-Anode für tomografische Zwecke ermöglicht, die eine ebenfalls auf die Drehgeschwindigkeit der Anode von 9000 U/min gerechnete Masse von 0,7 kg aufweist.By using the rotating anodes designed according to the invention the utilization of the X-ray tubes with the rotating RTM anode for tomographic purposes enables the one also on the speed of rotation of the anode 9000 rpm calculated mass of 0.7 kg.

Nach der Durchführung von Untersuchungen mit erfindungsgemäß ausgeführten Drehanoden in Röntgenröhren bezüglich ihrer Betriebsdauer wurde die Röhre zur Beurteilung der Überzugsqualität der Drehanode auseinandergenommen.After carrying out tests with the invention executed rotating anodes in X-ray tubes with respect During its service life, the tube was used to assess the Coating quality of the rotating anode taken apart.

Eine mit dem Mikroskop durchgeführte Untersuchung hat keine mechanischen Beschädigungen und Abschmelzungen des Überzugs ergeben.An examination done with a microscope has none mechanical damage and melting of the coating surrender.

Röntgenröhren mit erfindungsgemäß ausgeführten Drehanoden können in der Medizin für diagnostische Zwecke sowie in der Tomograife wie auch in unterschiedlichen Industriezweigen wie Maschinenbau, Gerätebau, Hüttenwesen sowie für die Defektoskopie Anwendung finden.X-ray tubes with rotating anodes designed according to the invention can be used in medicine for diagnostic purposes as well as in the Tomograife as well as in different branches of industry such as mechanical engineering, device construction, metallurgy and for defectoscopy Find application.

Dank dieser Vorteile kann die vorliegende technische Lösung in praktisch allen Anordnungen verwendet werden, die Bauteile enthalten, deren Oberfläche wärmestrahlende Eigenschaften aufweisen muß.Thanks to these advantages, the present technical solution can The components are used in practically all arrangements contain, the surface of which radiates heat must have.

Claims (2)

1. Drehanode für Röntgenröhren,

• a) die in Form einer Anodenscheibe (1) im wesentlichen aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt von über 2500°C ausgeführt ist,
• b) deren Oberfläche außerhalb der Brennfleckbahn zumindest teilweise einen schwarzfärbenden Überzug (2) in Gestalt einer porösen Sinterzusammensetzung aufweist,
• c) bei der Sinterzusammensetzung 5,0 bis 60,0 Gew.-% des Metalls, aus dem die Anodenscheibe i. w. besteht, enthält, bei der die Sinterzusammensetzung ferner Titan bzw. Titanverbindungen enthält, dadurch gekennzeichnet,
• d) daß die Sinterzusammensetzung neben dem Metall metallische Titankörner in einer Größe von 0,5 bis 150 µm im wesentlichen von Dendritengefüge enthält.

1. rotating anode for X-ray tubes,

• a) which is made in the form of an anode disk ( 1 ) essentially from a metal with a melting point of over 2500 ° C,
• b) whose surface outside the focal spot web has at least partially a black-coloring coating ( 2 ) in the form of a porous sinter composition,
• c) in the sintered composition contains from 5.0 to 60.0% by weight of the metal from which the anode disc iw consists, in which the sintered composition further contains titanium or titanium compounds, characterized in that
• d) that the sintered composition contains, in addition to the metal, metallic titanium grains in a size of 0.5 to 150 μm essentially of dendrite structure.

2. Verfahren zur Herstellung einer Drehanode für Röntgenröhren durch Aufbringen eines Überzuges auf eine Anodenscheibe (1) im wesentlichen aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt von über 2500°C, wobei der Überzug mindestens teilweise einen schwarzfärbenden Überzug (2) in Gestalt einer porösen Sinterzusammensetzung aufweist, bei der die Sinterzusammensetzung 5,0 bis 60,0 Gew.-% eines Metalles, aus dem die Anodenscheibe i. w. besteht enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch der Ausgangskomponenten mechanisch rührt und in bekannter Weise auf die Oberfläche der Anodenscheibe (1) aufbringt, danach die Anodenscheibe (1) mit dem aufgetragenen Überzug (2) in einem Vakuumofen bringt, der bis auf einen Druck von höchstens 1,3 bis 10^-3 Pa evakuiert wurde, und die Ofentemperatur dann allmählich steigert, nach Erreichen der Temperatur von 800°C auf einen Druck von nicht über 1,3 bis 10^-3 Pa evakuiert und dann die Temperatur weiter bis auf 1000°C erhöht und anschließend abkühlt.2. A process for producing a rotating anode for X-ray tubes by applying a coating to an anode disk ( 1 ) essentially from a metal with a melting point of more than 2500 ° C., the coating at least partially having a black coloring coating ( 2 ) in the form of a porous sintered composition , in which the sintered composition contains 5.0 to 60.0% by weight of a metal from which the anode disc mainly consists, characterized in that the mixture of the starting components is mechanically stirred and applied in a known manner to the surface of the anode disc ( 1 ) applies, then the anode disc ( 1 ) with the applied coating ( 2 ) in a vacuum oven which has been evacuated to a pressure of at most 1.3 to 10 ^-3 Pa, and then gradually increases the oven temperature after reaching the temperature of Evacuated 800 ° C to a pressure not exceeding 1.3 to 10 ^-3 Pa and then the temperature was further increased to 1000 ° C and then cools down.